燃气轮机智能维护系统及其应用研究

摘要：近几年来，中国社会经济的发展，对能源的要求越来越高。中国石油、煤炭等资源十分匮乏，因此，天然气已成为一种重要的能源。从对天然气的利用来看，火力发电是一种非常经济高效的发电方式。燃气轮机具有效率高、安全可靠等特点，在火电机组中得到了广泛地应用。燃煤电厂中，由于其长时间处于恶劣的气候条件下，其设备极易发生失效和故障。要对燃气轮机的工作状况进行实时监控，就必须对其运行工况进行诊断与分析，以判断其工作状况。本文对燃气轮机的智能维护系统及其应用进行研究。

关键词：燃气轮机；智能维护；智能维护系统；应用

0引言

在电厂运行和管理中，必须对发电技术进行优化，使之更符合现代化的发展要求。燃煤发电是常规电厂的一种主要工艺方式，而燃气轮机发电已日趋成熟，并被广泛地运用于实际生产。利用天然气为动力的燃气轮机设备，实现了清洁能源的利用，是解决燃煤发电所带来的环境问题的一种有效方法。目前，国内对燃气发电机组的加工技术还不够完善，这类设备的一体化制造还面临着诸多问题。因此，引进设备的数量较多，这就给维护管理带来了现实的困难。

1燃气轮机智能维护系统相关概要

燃气轮机是一种具有结构紧凑，启动快，运行稳定，热效率高的重型设备，已经成为世界一流的发电设备。在航空航天、航海、电力等诸多方面都有广泛地应用。“十三五”期间，国家已全面启动并实施了一批重点专项工程，其中包括航空发动机、燃气轮机等。在这两种发动机上实现了关键技术的突破，为我国大型客机、新型直升机和重型燃气轮机等重大设备的研制提供了有力的支撑。在航空发动机和燃气轮机等领域，已初步形成了具有自主核心技术的基础研究与开发基地。

燃气轮机智能维护系统是一种集成了传感器、数据采集和智能分析与诊断技术的集成维护系统。采用这种方法，可以有效地提高燃气轮机的可靠性、延长其使用寿命、减少维护费用。其关键在于对燃气轮机工作状态下的温度、压力、振动等进行实时监控与采集。这些参数的变化规律能够很好地反映燃气轮机的运行状态，是判断其运行状态的关键。当发现有任何不正常现象时，会立刻报警，提醒维护人员进行处理。

在实际应用中，所设计的智能维护系统具有良好地运行效果。与常规维护方式比较，使燃气轮机运行可靠，减少了事故停机的危险。在此基础上，实现了对设备失效的预警与预报，从而有效地控制了维护费用。但是，这一体系也面临着一定的挑战与局限。比如，在复杂的或非预期的失效模式下，该系统的辨识能力是有限的。另外，为保证测量结果的准确、可靠，需要对传感器进行定期的标定与维护。随着技术的发展与完善，其在今后的发展中将会越来越重要，为燃气轮机安全可靠地工作，延长其使用寿命提供有力支撑。

2燃气轮机智能维护系统的优势

2.1有利于降低维护成本

随着科技的不断进步，工业生产中的智能化已经越来越受到人们的重视。智能化技术在燃气轮机设备维护中也有很大的应用前景。通过对维护方案进行智能化的分析与优化，可以减少非必要的维护与替换，减少维护费用，同时也能够缩短停工期，提高设备的工作效率。对维护方案进行优化是减少维护费用的一个重要途径。采用智能化维护技术，使维护方案更加科学、合理。比如，利用大数据、机器学习等方法，对设备的操作数据、维护记录进行分析，并对维护需求进行预测，确定最优维护周期。这样可以提高维护精度，提高维护效率，降低维护费用。

2.2有利于延长设备寿命

燃气轮机是一种高效率的能源设备，其运行状况与寿命管理显得尤其重要。利用先进的在线监测手段，能够对燃气轮机的运行状态进行全面地认识，并对其剩余寿命及性能衰退进行预测，从而为燃气轮机的预防性维护与更换提供理论基础。对燃气轮机的使用情况进行分析，可以对其剩余寿命及性能衰退进行评价。将其与实际运行数据进行对比，能够反映出该设备的老化及运行状况。同时，利用机器学习等先进预报模型与方法，对燃气轮机的使用寿命与运行状态做出更为精确的预报。通过对燃气轮机的剩余寿命及性能衰退规律的研究，可以对其进行科学的预防维护。这些措施包括对磨损零件进行定期检查，替换磨损零件，调节工作参数，以延缓设备的老化进程，保证设备的平稳运转。在燃气轮机临近使用期时，应结合具体条件，制定适当的替换方案，保证企业正常生产。

2.3有利于提高安全性

对其运行状态及异常状态进行实时监控，是保障燃气轮机安全运行的关键。燃气轮机是一种高效环保的能量转化设备，在电力、船舶和汽车等领域得到了广泛地应用。但燃气轮机因其工作机理复杂、工况条件苛刻等原因，也存在诸多安全隐患。该系统采用先进的智能算法，能够在不正常运行的情况下，对故障类型进行检测，并自动报警。该方法以机器学习与大数据分析为基础，通过与正常工况下的工况数据进行对比，实现对异常工况的自动识别。将在线监控和异常识别技术有机地融合在一起，可以极大地改善燃气轮机的运行安全性，并有效地防范安全事故。要使监控与辨识的效率更高、更精确，仍需不断地研发与技术革新。比如，采用了更为先进的传感技术，提高了检测的分辨力和反应速度；发展更加智能化的运算法则，提升异常模式辨识的准确度与速度；通过构建大型数据库，收集运行数据、异常模式等数据。除了科技上的进步，员工的训练以及提升他们的安全意识也很重要。只有当操作者完全意识到实时监测的重要意义时，实时监测系统的功能才会得以发挥。

3火电厂燃气轮机故障诊断方法

3.1专家系统的诊断方法

专家系统是一种以经验、知识、理论为基础的故障诊断方法。对于像燃气轮机这样的多元件、多现象的复杂系统，要想做出准确的诊断，就必须具备较好的知识架构。利用专家系统对燃气轮机出现故障后所产生的相关数据进行分析，判断其是否出现了故障，并提出了相应的对策。专家系统一般由知识、模型、推理机制等部分构成，并由具有结构性的知识库和数据库构成。其中，知识、模型与推理机制之间存在着密切联系的推理机制是专家系统的一项重要技术。知识有两种类型：外显知识与内隐知识。在故障诊断中，一般都是利用显性和隐性两种知识来完成。根据故障的种类及成因的不同，将其划分为“设备失效”与“设备异常”两大类。在维护过程中，运用这几种类型的维护方法，也能利用海量的资料，找出失效的原因。

3.2神经网络诊断方法

神经网络诊断方法是一种黑箱方式，神经网络的主要特征是：（1）具有记忆性，即对过去某一时期出现过的错误现象有记忆能力；（2）为提高网络的容错性，提出一种神经网络的建模方法；（3）根据特定的故障征兆是否已出现，判断是否开始故障诊断过程；（4）当故障发生时，无需进行繁琐的运算，只需知道故障与故障源的关系，再依据它们之间的相互关系来决定具体的诊断方法与程序；（5）该方法能对多种类型、程度及参数的范围进行有效辨识。神经网络是一种基于神经网络的智能诊断技术，它能够从海量的数据中自动地提取出知识。神经网络具有强大的自学习能力，即通过对已获取的信息进行学习，或对神经网络进行自我训练。该方法是针对燃气轮机的特点，选取适当的参数，并对其进行训练，得到了较好的效果。在实际应用中，神经网络对数据的处理同样具有明显的优越性。神经网络在诊断过程中也表现出了很强的自学习、自适应性、相关性等特性，而相关性又是它的最大特色。该方法能充分利用已获取的信息，为故障诊断创造良好的条件。

3.3混合智能故障诊断方法

由于该方法能够将专家的经验知识和人工神经网络的综合运用，所以其判断的准确性也比前两者要高。在实践中，针对燃气轮机出现故障，综合运用专家的经验与知识进行故障诊断。该方法无需事先知道故障之前的状况，在判断时，可以将已有的专家知识与经验知识进行合理的运用，经过综合评判得出结论。由于其具有复杂、多样、不确定等特点，对故障诊断人员既要有丰富的理论知识，又要有良好的逻辑思维和创造性思维。在此基础上，针对燃气轮机故障诊断中存在的主观性、非标准化等问题，提出对各影响因素的综合分析方法，并在此基础上对所得到的数据进行深度分析，从而为燃气轮机的故障诊断提供依据。

4燃气轮机智能维护系统的应用

4.1故障预测

智能维护系统采集了燃气轮机的各项工作参数，如温度、压力、振动等，并对其进行了分析，及时发现了故障征兆。这种不正常现象可能暗示着诸如轴承磨损，刀片松动等潜在问题。当发现不正常时，会立刻报警，提醒维护人员进行相应的处理。这类以数据为基础的预防性维护比传统的周期性维护具有更大的优点。在常规的维护过程中，经常会出现设备停工的情况，这既会影响到生产的进程，又会使维护费用增加。该智能维护系统能够对设备的工作状态实施实时监测，对可能出现的故障进行预警，从而防止停工。另外，通过对历史数据的分析，可以掌握设备的老化情况，并对其使用寿命进行预测，以便制订更加合理的维护方案。这不但可以保证设备的平稳运转，还可以减少维护费用。为此，对智能维护系统提出了更高的要求。它包含了实时的数据采集，快速地分析，精确的预报。同时，为了保证在不同的复杂情况下能够精确地进行失效预测，系统的可靠性也是非常重要的。

4.2故障诊断

燃气轮机在正常运转时，会产生各种各样的不正常现象，从而引起设备的失效。为保证燃气轮机的稳定可靠运行，对其进行智能维护是十分必要的。该系统能够对燃气轮机各项性能指标进行实时监控，若出现异常情况，可迅速进行故障诊断。它能够对燃气轮机的工作参数进行快速分析，并对其进行精确定位。在传统的维护方式下，维护工作主要依靠人工经验，使用简易的维护工具，不仅费时费力，而且易出现错误。与之形成鲜明对比的是，智能维护系统的故障诊断功能有着明显的优越性。该方法能够迅速、准确地发现故障，从而减少维护费用，减少停工时间。并实现了对故障的归类与存档，为下一步的失效预防与维护工作提供了有益的借鉴。另外，燃气轮机工作环境比较复杂，受多种扰动因素的影响，测量结果的准确度也会受到很大的影响。所以，在使用过程中，需要针对不同的环境，对其进行相应的调整与优化。

4.3远程监控

远程监测是实现智能维护的关键。首先，智能维护系统具有远程监控功能，能够对燃气轮机的温度、压力、流量等进行实时监控。通过对这些参数进行实时监控，可以使机组在运行过程中出现异常状况，从而达到预防事故发生的目的。通过对燃气轮机工作状态的分析，可以对其使用寿命进行预测，从而对其进行维护或更换。其次，它既便于管理者进行监测，又可减少设备维护费用。传统的机械维护方式耗费了大量的人力和物力，采用远程监测的智能化维护系统，可以大大降低人工和物力的投入。同时，该系统还具有自动报警的功能，使管理者能够及时发现设备出现问题，从而减少了因设备故障而带来的经济损失。管理者可依据设备的工作状况，对设备的操作参数进行适当的调整，以达到提高设备工作效率的目的。同时，该系统还能对设备的操作参数进行深层次地挖掘，从而对设备进行优化、改造。

4.4加强日常设备运行维护管理

（1）保持过滤设备的有效运行。燃气轮机的进气、供气系统是其主要组成部分，对其进行合理的维护保养是必不可少的。要保证生产的高效率，就必须做好设备的维护与维护工作。在技术标准方面，燃气轮机入口系统的自我清洗过滤器保证了5%-10%的过滤速率，以根据压力差，将粉尘微粒形成一个旋涡回流。在清洗后，若压差仍然大于设定值，应将过滤器换掉，以改善系统的气流流畅度，防止滤网发生堵塞。（2）内视镜检查。内窥镜是一种用来检测燃气轮机易损坏零件如热通道、涡轮喷嘴动叶、压气机叶片等易损坏零件的一种方法。这又对机组的运作起到了决定性的作用。该检测方法依据零件的磨损状况，无需拆卸、维护，能保证设备正常工作，并能有效地减少维护费用。（3）燃气轮机清洁。通过定期的清洗与保养，对透平压气机进行定期的清洗，可以有效地降低叶片的结垢与腐蚀，从而提高了机组的工作稳定性，延长了零部件的使用寿命。在生产过程中，应对其进行实时观测，当其各项性能指标的输出降低2%-5%时，即应对其进行清洗。

5结语

总的来说，随着燃气轮机设备的广泛应用，企业的保护意识不断增强。针对目前燃气轮机产生的故障，需要对其进行充分地关注，并加以强化，从而保证其安全可靠地运行。

参考文献：

[1]我国首台国产海上平台燃气轮机投入使用[J].电子质量，2023，（11）：77.

[2]董威，尹家录，郑培英等.航空发动机及燃气轮机整机性能仿真综述[J].航空发动机，2023，49（05）：8-21.

[3]李晓兵，高磊.燃气轮机转速保护和波动的分析及处理[J].大氮肥，2023，46（05）：349-351.

[4]刘建生.燃气轮机燃烧器燃气流量分散度控制方法研究[J].汽轮机技术，2023，65（05）：373-376+381.

[5]邱虎.某船燃气轮机动力涡轮转速不稳故障分析[J].内燃气轮机与配件，2023，（08）：31-33.

[6]曾旻冬，李宁，李红仁等.基于知识图谱的燃气轮机故障诊断知识库构建方法及维护[J].电力大数据，2023，26（04）：44-55.

[7]刘佳.基于运行数据的燃气轮机性能评估方法[J].热力透平，2022，51（04）：261-264.

[8]王岩，韦炜，徐鸿影等.H-25型燃气轮机调控部件故障安全设计浅析[J].热力透平，2022，51（04）：274-277.

[9]孙海明，王海龙，李成鑫.燃气轮机电负载试验系统设计[C]//中国航空工业技术设备工程协会.2022年中国航空工业技术设备工程协会年会论文集.中国航发沈阳发动机研究所;，2022：4.

[10]蚁建荣，何宗泽，程芳林等.H级燃气轮机的发展现状及技术特点分析[J].热能动力工程，2022，37（10）：1-15.

[11]王锋，王树利，万川.LM2500型燃气轮机轴承故障检修实践[J].中国设备工程，2022，（16）：137-138.

[12]贺启昌，杜圣道.海上设施燃气轮机发电机逆功率分析与处理[J].石油和化工设备，2022，25（07）：18-20.

[13]翟洪柱，杨佳成.燃气轮机大修机组交换出舱工装设计制作及应用[J].天津科技，2022，49（05）：25-28.

[14]朱麟海.三轴燃气轮机多故障在线监测与分层诊断研究[D].哈尔滨工业大学，2022.

[15]吴航.燃气轮机运行与维护技术推广研究[J].内燃气轮机与配件，2021，（21）：158-159.

[16]徐斌.燃气轮机异常故障分析及对策研究[J].科技创新与应用，2021，11（30）：107-110.